激光技术复习资料

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激光原理复习自整理资料

第一章激光的特性：1.方向性好，最小发散角约等于衍射极限角2.单色性好3.亮度高4.相干性好波尔兹曼定律：根据统计规律，大量粒子组成的系统，在热平衡条件下，原子数按能级分布服从波尔兹曼定律：kT E i i i eg -∞n 推论：假设gi=gj1.当E2-E1很小，且12-E E E =∆<< kT 时，112n =n ， 2.当E2>E1时，n2<n1. 说明高能粒子数密度总是较小3.当E1为基态，E2距离很远时，即E2>E1,012n =n ,说明绝大多数粒子为基态普朗克公式：11h 8hv 33v -=kT e c v πρ 爱因斯坦关系：自发辐射，受激辐射，受激吸收之间的关系332121hv 8cB A π= 212121g B g B = 光子简并度g ：处于同一光子态的光子数。

含义：同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数自发辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子自发的向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1各粒子自发，独立的发射光子；2非相干光源光功率密度：212)()t (q A t hvn =自受及辐射：处于高能级Ｅ２的一个原子在频率为ｖ的辐射场作用下，向Ｅ１跃迁，并产生一个能量为ｈｖ的光子特点：1只有外来光频率满足12hv E E -=；2 受激辐射所发射的光子与外来光特征完全相同，相干光源【频率，相位，偏振方向，传播方向】，光场中相同光子数量增加，光强增加，入射光被放大，即光放大过程光功率密度：v B t hvn t ρ212)()(q =激光功率密度比：v v hv ρπλρπh88c q q 333==自激增益系数：光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数增益饱和：在抽运速率一定的条件下，当入射光的光强很弱时，增益系数是一个常数；当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随光强的增大而减小。

谱线宽度：线型函数在ν0时有最大值，下降至最大值的一半，对应得宽度。

激光原理复习知识点

一名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。

α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。

2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。

按上式定义的v∆称为谱线宽度。

3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。

4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。

5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。

定义p v P w Q ξπξ2==。

ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。

v 为腔内电磁场的振荡频率。

6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。

这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。

8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。

9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。

（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。

激光技术与应用复习知识点

激光技术与应⽤复习知识点1、激光的定义激光是由受激发射的光放⼤产⽣的辐射。

2、激光的基本特性单⾊性，⽅向性，相⼲性，⾼亮度。

3、空间相⼲性与时间相⼲性波在空间不同区域可能具有不固定的相位差，只有在⼀定空间范围内的光波才有相对固定的位相差，使得只有⼀定空间内的光波才是相⼲的。

这种特性叫做波的空间相⼲性。

与波传播时间差有关的，由不确定的位相差导致的，只有传播时间差在⼀定范围内的波才具有相对固定的位相差从⽽相⼲的特性叫波的时间相⼲性。

4、光⼦简并度光⼦属于波⾊⼦，⼤量光⼦集合遵从波⾊-爱因斯坦统计规律，处于同态的光⼦数不受限制。

虽然处于同⼀光⼦态的光⼦数并⾮严格的不随时间的变化，但其平均光⼦数是可以确定的。

这种处于同⼀光⼦态的平均光⼦数成为光⼦简并度。

5、激光器的基本组成及其应⽤激光器⼀般包括三个部分。

激光器的基本结构由⼯作物质、泵浦源和光学谐振腔三部分组成。

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的⼀门综合技术，传统上看，它的研究范围⼀般可分为：激光焊接，激光切割，激光治疗，激光打标，激光打孔，激光热处理，激光快速成型，激光涂敷等。

6、⾃发辐射处于激发态的原⼦中，电⼦在激发态能级上只能停留⼀段很短的时间，就⾃发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出⼀个光⼦，这种辐射叫做⾃发辐射。

7、受激辐射在组成物质的原⼦中，有不同数量的粒⼦（电⼦）分布在不同的能级上，在⾼能级上的粒⼦受到某种光⼦的激发，会从⾼能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，⽽且在某种状态下，能出现⼀个弱光激发出⼀个强光的现象。

8、受激吸收处于低能级的原⼦(l E )，受到外来光⼦的激励下，在满⾜能量恰好等于低、⾼两能级之差(E ?)时，该原⼦就吸收这部分能量，跃迁到⾼能级(h E )，即h l E E E ?=-。

受激吸收与受激辐射是互逆的过程。

9、激光产⽣的必要条件受激幅射是产⽣激光的⾸要条件，也是必要条件。

激光原理期末知识点总复习材料

激光原理期末知识点总复习材料激光原理是物理学和光学学科中的重要内容，它是现代科技发展的基础之一、下面是激光原理期末知识点的总复习材料。

1.激光的定义和概念：激光是指具有相干特性、能量集中、波长单一且紧凑的光束。

其与常规光的最大区别在于具有相干性和能量集中性。

2.激光的产生过程：激光的产生过程主要包括受激辐射和自发辐射。

受激辐射是指在外界光或电磁辐射的刺激下，原子或分子由基态跃迁到激发态并通过受激辐射返回基态时所发射的光。

自发辐射是指原子或分子自发地从激发态返回基态所发射的光。

3.光激发和电子激发的激光：根据产生激发所用的不同方法，激光可以分为光激发和电子激发的激光。

光激发的激光是通过外界光的能量传递使原子或分子激发并产生激光。

电子激发的激光是通过外界电子束或放电使原子或分子激发并产生激光。

4.激光功率和激光能量：激光功率是指单位时间内激光辐射出的能量，单位为瓦特(W)；激光能量是指激光脉冲的总能量，单位为焦耳(J)。

5.激光的特性：激光具有相干性、方向性、单色性和高亮度等特性。

相干性是指激光的波长相近的光波的相位关系保持稳定，能够构成干涉图样。

方向性是指激光具有狭窄的发射角度，能够通过透镜等光学元件进行聚焦。

单色性是指激光具有非常狭窄的波长，具有很高的色纯度。

高亮度是指激光能够将能量集中在很小的空间范围内，能够产生很高的光功率密度。

6.激光器的结构和工作原理：激光器主要由激光介质、泵浦能源、光腔和输出镜组成。

激光介质是产生激光的核心部件，泵浦能源是提供激发条件的能源，光腔是激发介质形成激光放大的空间环境，输出镜是选择性反射激光光束的光学元件。

7.常见的激光器种类和应用：常见的激光器种类包括氦氖激光器、二氧化碳激光器、半导体激光器和固体激光器等。

激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学治疗、通信、激光加工和激光雷达等。

8.激光安全：激光具有较强的穿透力和燃烧能力，因此在使用激光器时需要注意安全。

激光安全主要包括对激光光束的防止散焦、眼睛和皮肤的防护、激光辐射的监测和控制等。

激光原理复习知识点

一名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。

α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。

按上式定义的v∆称为谱线宽度。

3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。

5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。

定义p v P w Q ξπξ2==。

ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。

v 为腔内电磁场的振荡频率。

6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，那么激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。

这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。

9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。

〔分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定〕。

激光技术与应用复习重点(名词解释)

激光技术与应用一、名词解释 20′（4×5′）1.驰豫振荡一般固体脉冲激光器所输出的并不是一个平滑的光脉冲，而是一群宽度只有微秒量级的短脉冲序列，即所谓“尖峰”序列。

激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。

这种现象称为激光器驰豫振荡。

产生驰豫振荡的主要原因是：当激光器的工作物质被泵浦，上能级的反转粒子数超过阈值条件时，即产生激光振荡，腔内光子数密度增加，并发射激光。

随着激光的发射，上能级粒子数大量被消耗，导致反转粒子数降低，当低于阈值时，激光振荡就停止。

这时，由于泵浦光的继续抽运，上能级反转粒子数重新积累，当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复上述过程，直到泵浦停止才结束。

2.模式竞争在均匀加宽激光介质中，通过增益饱和效应，某一模式逐渐把其他的模式振荡抑制下去，最后只剩下一个纵模振荡的现象，叫做模式竞争。

竞争的结果通常是最靠近中心频率ν0的一个纵模取胜，形成稳定的激光振荡，其他纵模都被抑制而熄灭。

因此，理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出模式是单纵模，单纵模的频率总是位于谱线中心频率附近。

3.同步泵浦锁模同步泵浦锁模激光器采用一台主动锁模激光器的脉冲序列去泵浦另一台激光器，通过调制腔内增益的方法获得锁模，这种方式就是同步泵浦锁模。

4.频率复现性把在不同地点、时间、环境下稳定频率的偏差量与它们的平均频率的比值称之为频率的复现性，表示为Rν=δν(τ)ν式中，ν 为被测激光器系列的平均频率或同一台激光器的标准频率（或原始工作频率），δν为频率的偏差量。

5.锁模振荡未经锁模的自由运转激光器的输出一般包括若干个超过阈值的纵模，这些模的振幅及相位都不固定，激光输出随时间的变化是它们无规则的叠加结果，是一种时间平均的统计值。

如果采用适当的措施使这些各自独立的纵模在时间上同步，即把它们的相位相互关联起来，使之有一确定的关系（φq+1−φq=常数），那么就会出现一种与上述情况有质的区别而有趣的现象：激光器输出的将是脉宽极窄、峰值功率很高的光脉冲。

激光原理问答题复习资料全

一、概念题：1.光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度-n 。

（光子简并度具有以下几种相同的含义，同态光子数、同一模式的光子数、处于相干体积的光子数、处于同一相格的光子数。

）2.集居数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。

称为集居数反转(也可称为粒子数反转)。

3.光源的亮度：单位截面和单位立体角发射的光功率。

4.光源的单色亮度：单位截面、单位频带宽度和单位立体角发射的光功率。

5.模的基本特征：主要指的是每一个摸的电磁场分布，特别是在腔的横截面的场分布；模的谐振频率；每一个模在腔往返一次经受的相对功率损耗；与每一个模相对应的激光束的发散角。

6.几何偏折损耗：光线在腔往返传播时，可能从腔的侧面偏折出去，这种损耗为几何偏折损耗。

（其大小首先取决于腔的类型和几何尺寸，其次几何损耗的高低依模式的不同而异。

）7.衍射损耗：由于腔的反射镜片通常具有有限大小的孔径，当光在镜面上发生衍射时所造成一部分能量损失。

（衍射损耗的大小与腔的菲涅耳数 N ＝2a ／L λ有关，与腔的几何参数g 有关，而且不同横模的衍射损耗也将各不相同。

）8.自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。

9.开腔的自再现模或横模：把开腔镜面上的经一次往返能再现的稳态场分布称为开腔的自再现模或横模。

10.自再现变换：如果一个高斯光束通过透镜后其结构不发生变化,即参数ω。

或f 不变,则称这种变换为自再现变换。

11.光束衍射倍率因子2M 定义：实际光束的腰半径与远场发射角的乘积与基模高斯光束的腰半径与远场发散角的乘积的比。

12.均匀加宽：如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的,则这种加宽称作均匀加宽。

（均匀加宽,每个发光原子都以整个线型发射,不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来,或者说,每一发光原子对光谱线任一频率都有贡献。

激光技术与应用复习重点(名词解释+简答)

激励越强，则短脉冲之间的时间间隔越小。

这种现象称为激光器驰豫振荡。

随着激光的发射，上能级粒子数大量被消耗，导致反转粒子数降低，当低于阈值时，激光振荡就停止。

这时，由于泵浦光的继续抽运，上能级反转粒子数重新积累，当超过阈值时，又产生第二个脉冲，如此不断重复上述过程，直到泵浦停止才结束。

2.模式竞争在均匀加宽激光介质中，通过增益饱和效应，某一模式逐渐把其他的模式振荡抑制下去，最后只剩下一个纵模振荡的现象，叫做模式竞争。

竞争的结果通常是最靠近中心频率ν0的一个纵模取胜，形成稳定的激光振荡，其他纵模都被抑制而熄灭。

因此，理想情况下，均匀加宽稳态激光器的输出模式是单纵模，单纵模的频率总是位于谱线中心频率附近。

激光原理复习资料整理总结

第一章1.1900年，普朗克(M.Planck)提出辐射能量量子化假说，精确的解释了黑体辐射规律。

获得1918年诺贝尔物理学奖。

能量子概念:物质吸收和发射电磁能量是一份一份的进行的。

2.1905年，爱因斯坦(A. Einstein)为解释光电效应定律提出光量子假说。

获得1921年诺贝尔物理学奖。

光量子:简称光子或者photon，即光场本身的能量就是一份一份的。

3.光量子的概念（爱因斯坦）：光量子简称光子或者photon，即光场本身的能量就是一份一份的。

爱因斯坦假设：光、原子、电子一样具有粒子性，光是一种以光速c运动的光子流，光量子假说成功地解释了光电效应。

光子（电磁场量子)和其他基本粒子一样，具有能量、动量和质量等。

粒子属性:能量、动量、质量；波动属性:频率、波矢、偏振4.光子既是粒子又是波，具有波粒二象性!5.属性：①光子的能量：ε=hv，普朗克常数： h=6.626x10−36J.s②光子的运动质量m：m=εc2=ℎvc2③光子的动量P⃑：P⃑=mcn0⃑⃑⃑⃑ =ℎvc n0⃑⃑⃑⃑ =ℎ2π2πλn0⃑⃑⃑⃑④光子的偏振态：光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向。

⑤光子的自旋：光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，处于同一状态的光子数目是没有限制的。

6.光子相干性的重要结论：①相格空间体积以及一个光波模式或光子状态占有的空间体积都等于相干体积②属于同一状态的光子或同一模式的光波是相干的，不同状态的光子或不同模式的光波是不相干的。

7.光子简并度：处于同一光子态的光子数称为光子简并度。

具有以下几种相同的含义:同态光子数、同一模式内的光子数、处于相干体积内的光子数、处于同一相格内的光子数。

好的相干光源:高的相干光强，足够大的相干面积，足够长的相干时间(或相干长度)。

8.1913年，玻尔(Niels Bohr)建立氢原子结构模型，成功解释并预测了氢原子的光谱。

获得1922年诺贝尔物理学奖9.1946年，布洛赫(Felix Bloch)提出粒子数反转概念。

激光原理复习知识点

激光原理复习知识点
激光（Laser）是一种特殊的光源，具有高亮度、高单色性和高直线度等特点，广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域。

激光的产生是基于激光原理，本文将围绕激光原理展开复习，帮助读者更好地理解激光的工作原理及常见应用。

1. 光的特性：
光是电磁波的一种，具有波粒二象性。

在光学中，我们常常将光看作是一束光线，使得光的传播更易于理解。

光的主要特性包括波长、频率、振幅和相位等。

2. 激射过程：
激光的产生是通过光子在外部受激辐射的作用下，从处于激发态的原子或分子中重新退激而产生。

这个过程需要一种激光介质，如气体、固体或液体，以及与之匹配的能量源，如泵浦光源或电子束。

3. 受激辐射：
在激光介质中，经过泵浦作用，一部分原子或分子被激发到激发态。

当这些处于激发态的粒子受到外界能量刺激时，会从高能级跃迁到较低能级，释放出额外的光子，这就是受激辐射。

这些受激辐射的光子可以与其他激发态粒子进行相互作用，进一步增强受激辐射的效果。

4. 波导结构：
为了通过受激辐射实现激光的放大和反射，激光器通常采用波导结构。

波导结构允许激光光束在其中传播，而不会发生较大的损耗。

波导结构可以是导光纤、半导体器件或光学腔等形式。

5. 消谐：
在激光器中，为了保持单一频率的输出，需要进行消谐。

消谐可以通过调整激光介质的性质或使用消谐元件来实现。

消谐的目的是确保激光器输出的光具有较窄的频谱宽度，以便于在通信和光谱分析等应用中的有效使用。

6. 光的放大：。

激光原理与技术期末总复习

激光原理与技术期末总复习激光原理与技术期末总复习考试题型一. 填空题（20分）二.选择题（30分）三.作图和简答题（30分）四.计算题（20分）第一章辐射理论概要与激光产生的条件1、激光与普通光源相比较的三个主要特点：方向性好，相干性好和亮度高2、光速、频率和波长三者之间的关系：线偏振光：如果光矢量始终只沿一个固定方向振动。

3、波面——相位相同的空间各点构成的面4、平波面——波面是彼此平行的平面,且在无吸收介质中传播时,波的振幅保持不变。

5、单色平波面——具有单一频率的平面波。

6、ε= h v v —光的频率 h —普朗克常数7、原子的能级和简并度（1）四个量子数：主量子数n、辅量子数l、磁量子数m和自旋磁量子数ms。

（2）电子具有的量子数不同，表示电子的运动状态不同。

（3）电子能级：电子在原子系统中运动时，可以处在一系列不同的壳层状态活不同的轨道状态，电子在一系列确定的分立状态运动时，相应地有一系列分立的不连续的能量值，这些能量通常叫做电子的能级，依次用E1，E2,…..En表示。

基态：原子处于最低的能级状态成为基态。

激发态：能量高于基态的其他能级状态成为激发态。

（4）简并能级：两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级，这样的能级叫做简并能级。

简并度：同一能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫做简并度，用g表示。

8、热平衡状态下，原子数按能级分布服从波耳兹曼定律（1）处在基态的原子数最多，处于越高的激发能级的原子数越少；（2）能级越高原子数越少，能级越低原子数越多；（3）能级之间的能量间隔很小，粒子数基本相同。

9、跃迁: 粒子由一个能级过渡到另一能级的过程（1.）辐射跃迁：发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象①发射跃迁: 粒子发射一光子ε = hv=E2－E1而由高能级跃迁至低能级;②吸收跃迁: 粒子吸收一光子ε=hv=E2－E1 而由低能级跃迁至高能级.（2）非辐射跃迁：原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量10、光和物质相互作用的三种基本过程：自发辐射、受激辐射和受激吸收（要求会画图，会说原理过程）（1）普通光源中自发辐射起主要作用（2）激光器工作中受激辐射起主要作用（3）自发辐射、受激辐射和受激吸收的定义（4）三者之间的关系：自发辐射光子数+受激辐射光子数=受激吸收光子数11、光谱线增宽（1）光谱线的半宽度即光谱线宽度：相对光为最大值的1/2处的频率间隔（2）三种谱线增宽：自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽自然增宽：粒子的衰减碰撞增宽：发光原子间相互碰撞作用多普勒增宽：发光原子相对于观察者运动（3）均匀增宽：每一发光原子所发的光，对谱线宽度内任一频率都有贡献，而且这个贡献对每个原子都是相同的。

激光原理与技术期末复习

激光原理与技术期末复习第一章、辐射理论概要与激光产生的条件1、光量子能量E与波长成反比: E ? 1/λ; 波长越长;光量子能量E越小;(频率越低) ;波长越短; 光量子能量E越大; (频率越高)。

2、原子处于最低的能级状态称为(基态)。

能量高于基态的其它能级状态称为激发态。

3、能级有两个或两个以上的不同运动状态称为简并能级。

同一能级所对应的不同电子运动状态的数目称为(简并度)。

4、在热平衡条件下，原子数按能级分布服从(波尔兹曼定律)。

5、原子能级间跃迁发射或吸收光子的现象称为辐射跃迁。

原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射和吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量的现象称为(非辐射跃迁)。

6、辐射场中单位体积内，(单位频率间隔)中的辐射能量称为单色辐射能量密度。

7、光与物质的相互作用有三种不同的基本过程:(自发辐射);受激吸收;受激辐射。

8、自发辐射:高能级的原子自发地从(高能级E2)向低能级E1跃迁，同时放出能量为E=hv 的光子的现象称为自发辐射。

9、自发辐射系数(A21):表示单位时间内，发生自发辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的百分比。

即每一个处于E2能级的粒子在单位时间内发生的自发跃迁几率。

自发辐射跃迁几率就是自发辐射系数本身。

各个原子自发辐射的光向空间各个方向传播，是(非相干光)。

10、原子数密度由起始值降至它的1/e的时间为自发辐射的(平均寿命)。

A21就是原子在能级E2的平均寿命的倒数。

11、当受到外来能量为hv=E2-E1 的光照射时，高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，同时发射一个与外来光子完全相同的光子的现象称为受激辐射。

受激辐射的光子与外来光子的特性一样。

频率、位相、偏振和传播方向相同称之为(全同光子)。

12、受激辐射的跃迁几率(W21)为单位时间内，在外来单色能量密度的光照下，E2能级上发生受激辐射的粒子数密度占处于E2能级总粒子数密度的(百分比)。

激光原理复习提纲

激光原理复习提纲1、激光的基本特性：单色性好；方向性好；强度高；相干性好。

2、原子能级与简并度答：原子能级：电子在原子系统中运动时，可以处在一系列不同的壳层状态运动时，相应地有一系列分立的不连续的能量。

简并度：两个或两个以上的不同运动状态的电子可以具有相同的能级,这样的能级叫做简并能级。

同一个能级所对应的不同电子运动状态的数目，叫作简并度。

3、热平衡时的能级粒子数分布答：4、能级的三个跃迁过程，特征和跃迁几率、爱因斯坦系数5、自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽、均匀增宽、非均匀增宽以及其影响因素6、产生激光的三个必要条件答：1.激励能源；2.亚稳态物质；3.光学谐振腔。

7、光学谐振腔的稳定条件，什么是稳定腔和非稳腔，什么是自再现模。

答：稳定腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔。

非稳腔：腔中任一束傍轴光线经过任意多次往返传播会逸出腔外的谐振腔。

自再现模：光束在谐振腔经过多次反射，光束的横向场分布趋于稳定，场分布在腔内往返传播一次后再现出来，反射只改变光的强度大小，而不改变光的强度分布。

8、能画出圆形镜、方形镜几个横模的光斑花样答：9、三能级系统和四能级系统，粒子的抽运跳跃过程，以及两者区别(P48)区别: 比起三能级系统来，四能级系统对光激励能量的要求就没那么高。

10、什么是粒子数反转？如何实现答:粒子数反转：把处于基态的原子大量激发到亚稳态E2，处于高能级E2的原子数就可以大大超过处于低能级E1的原子数，从而使之产生激光。

（1）、泵浦功率大，抽运速率必须足够快（2）、有亚稳态能级存在，且能级寿命长的好。

11、什么是增益？什么是小信号增益？什么是增益饱和答：光的放大叫做增益。

小信号增益是在入射光的光强很小时的增益。

增益饱和：当入射光的光强增大到一定程度后，增益系数随着光强的增大而减少。

12、什么是烧孔效应，什么是兰姆凹陷。

其产生机制是什么？答：增益系数在和处下降的现象称为增益系数的”烧孔效应”13、激光器的损耗有那些？是什么原因造成的答：内部损耗：在增益介质内部由于成分不均匀，粒子数密度不均匀，或者有缺陷，光波通过这样的节制时就会发生折射、散射，使部分光波偏离原来的传播方向，造成光能量的损耗。

激光原理及应用复习资料(1)

3. 为什么自然界没有天然的增益介质自然界中物质种类丰富，并不是每一种介质都能够产生激光，作为激光增益介质，这种介质必须具有适于产生受激辐射的能级结构，即有三个或三个以上的能级，这样才能够实现粒子数反转分布，它可以是气体、液体或固体状态，还要具有良好的光学特性，如光学性质均匀，光学透明性良好，且性能稳定，以及具有有较高的量子效率。现有能够作为激光增益介质的材料种类繁多，可产生的激光波长覆盖从真空紫外到红远外波段。
尖峰：激光器开启时所发生的不连续的、尖锐的、大振幅脉冲。（激光尖峰与弛豫振荡具体内容见书） 24.兰姆下陷：当激光器振荡模的频率被调谐至介质跃迁中心频率 0 时，输出功率呈现出某种程度的降低。下陷宽度（介质中均匀加宽的线宽）。 25.均匀加宽激光器的模竞争：当数个模同时起振时必然存在诸模竞争反转原子
（3.添加）激光器的分类（记两三个例子）：
①按工作物质的物态分类：气体激光器：氦氖激光器，co2 激光器，氩离子激
光器等。
②固体激光器：红宝石激光器，钇铝石榴石激光器，硅酸盐等。
③半导体激光器：砷化镓，硫化镉。
④液体激光器：。。化学激光器：。。自由电子激光器：。。X 射线激光器。。光纤激
光器。
第二章：激光的物理学基础
q q 1 -q C （详见书）。 2nL
29.横模图形及线偏振腔模结构见书 30.解释①横模：腔内电磁场在垂直于其传播方向的横向 X-Y 面内也存在稳定的场分布，称为横模。解释②横模：在腔镜面上经过一次往返传播后能“自再现”的稳定光场分布称为自再现模或横模。 ③横模特点：光能集中在光斑中心部分，而边缘部分光强甚小。
则处于低能级 E1 上的院子由于吸收这个能量为 h 21 的光子而受到激发跃迁到高
能级 E2 上去，此物理过程称为光的受激吸收。

激光复习1

一单项选择1．自发辐射爱因斯坦系数与激发态E 2平均寿命τ的关系为（B ）)D ( )C ( 1 )B ( )A (212212121e A N A A A ττττ==== 2．爱因斯坦系数A 21和B 21之间的关系为（C ）8 )D ( 8 )C ( 8 )B ( )A (222121332121332121212121c hv B A c hv B A Δv c v B A e g g B A kT hv πππ====- 3．自然增宽谱线为（ C ）（A ）高斯线型（B ）抛物线型（C ）洛仑兹线型（D ）双曲线型4．对称共焦腔在稳定图上的坐标为（B ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1）5．阈值条件是形成激光的（ C ）（A ）充分条件（B ）必要条件（C ）充分必要条件（D ）不确定6．谐振腔的纵模间隔为（B ）cLq v c L v L cv L cq v μμμμ2 )D ( 2 )C ( 2 )B ( 2 )A (=∆=∆=∆=∆7．锁模激光器通常可获得（ A ）量级短脉冲 fs )D ( ns )C ( μs )B ( ps )A (8．Nd :YAG 激光器是典型的（ C ）系统（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级9．粒子数反转分布状态微观粒子满足（D ）（A ）费米分布（B ）高斯分布（C ）玻尔兹曼分布（D ）负温度分布10. 平行平面腔在稳定图上的坐标为（ C ）（A ）（-1，-1）（B ）（0，0）（C ）（1，1）（D ）（0，1）11．调Q 激光器通常可获得（ C ）量级短脉冲fs )D ( ns )C ( μs )B ( ms )A (12．红宝石激光器是典型的（ B ）系统（A ）二能级（B ）三能级（C ）四能级（D ）多能级13.世界上第一台激光器是（ D ）(A)氦氖激光器． (B)二氧化碳激光器．(C)钕玻璃激光器． (D)红宝石激光器．(E)砷化镓结型激光器．14多普勒加宽发生在（C ）介质中（A ）固体（B ）液体（C ）气体（D ）等离子体15. 锁模激光器输出脉冲功率2N I ∝，N 为：（ B ）（A ）脉冲数目.（B ）纵模数目.（C ）横模数目.（D ）能级数目填空1. 光和物质相互作用产生受激辐射时，受激辐射所发出的光子与外来光子的特性完全相同，这些特性是指：频率、位相、偏振和传播方向。

激光原理与技术各章重点(基本补全)

激光原理与技术期末总复习第1章1.激光产生的必要条件(粒子数反转分布)2.激光产生的充分条件(在增益介质的有效长度内光强可以从微小信号增长到饱和光强)3.饱和光强定义:使激光上能级粒子数减小为小信号值的1/2时的光强为饱和光强4.谱线加宽的分类:均匀加宽和非均匀加宽两种加宽的本质区别？5激光器泵谱技术的分类:直接泵谱缺点：首先从基态E1到激光上能级E3往往缺乏有效途径，即B13（对光泵浦）或σ13（对粒子泵浦）太小，难以产生足够的增益；其次即使存在E1 E3的有效途径，但同一过程可能存在由E1到激光下能级E2的有效途径，结果是W12/W13太大难以形成粒子反转分布。

这些缺点是直接泵浦方式对很多激光器来说是不适用的。

间接泵谱:分为自上而下、自下而上和横向转移三中方式)间接泵谱的优点：首先，中间能级具有远大于激光上能级的寿命，且可以是很多能级形成的能带，因而，Ei 上很容易积累大量的粒子；其次，在有些情况下，将粒子从基态激发到Ei 的几率要比激发到Eu 的几率大得多，这就降低了对泵浦的要求；最后，依据选择定则，可以使Ei 向Eu 的弛豫过程比Ei 向激光下能级Ei 的弛豫过程快得多6..频率牵引有源腔中的纵模频率总是比无源腔中同序数频率更接近工作物质的中心频率7.能画出激光工作物质三能级系统能级图，说明能级间粒子跃迁的动态过程？8.当粒子反转数大于零时，在激光谐振腔中能够自激振荡吗？为什么？9. 激光的特性(单色性、方向性、相干性和高亮度)10. 证明光谱线型函数满足归一化条件证明: ⎰⎰⎰+∞∞-+∞∞-+∞∞-====1)()()(ννννννd g I d Ig d I I则 11.激光器的输出特性。

（43页）？？？第2章1.光学谐振腔的分类和作用分类：能否忽略侧面边界，可将其分为开腔，闭腔以及气体波导腔按照腔镜的形状和结构，可分为球面腔和非球面腔是否插入透镜之类的光学元件，或者是否考虑腔镜以外的反射表面，可以分为简单腔和符合腔 u u u u S h A c h I τσντνπν11228==)211(2121111τττπν++++=∆∑∑u jj i ui H A A N D M T Mc kT 072/120)1016.7(])2(ln 2[2ννν-⨯==∆⎰+∞∞-=1)(ννd g根据腔中辐射场的特点，可分为驻波腔和行波腔从反馈机理的不同，可分端面反馈腔和分布反馈腔根据构成谐振腔反射镜的个数，可分为两镜腔和多镜腔作用：①提供轴向光波模的光学反馈；②控制振荡模式的特性2.光学谐振腔的损耗分类:几何损耗、衍射损耗、输出腔镜的透射损耗和非激活吸收、散射等其他损耗计算:单程损耗：12m βδ==D 为平平腔镜面的横向尺寸（反射镜的直接）β两镜面直接的小角度L 两镜面直接的距离（腔长）)单程衍射p59开始带图3.推导平平腔的两个相邻纵模的频率间隔证明：4.以平-平腔为例理解光学谐振腔横模的形成过程5. 用g 参数表示的谐振腔稳定性条件6..高斯光束高斯光束既不是平面波、也不是一般的球面波，在其传播轴线附近可以近似看作是一种非均匀高斯球面波。

激光原理考试复习资料.doc

1•激光原理（概念，产生）：激光的意想、是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放人”，它包含了激光产生的由来。

刺激、激发，散发、发射，辐射2•激光特性：（1）方向性好（2）亮度高（3）单色性好（4）相干性好：3•激光雷达：激光雷达，是激光探测及测距系统的简称。

丄作在红外和町见光波段的雷达称为激光雷达。

4.激光的回波机制：激光雷达的探测对象分为两大类，即软目标与硕目标。

软目标是指大气和水体（包括其中所包含的气溶胶等物质）等探测对象，而硕FI标则是指陆地、地物以及空间飞行物等宏观实体探测对象。

软目标的回波机制：（1）Mie散射是一种散射粒了的氏径与入射激光波长相当或比之更人的一种散射机制。

M ie 散射的散射光波长与入射光波氏相当，散射时光与物质Z间没冇能量交换发生。

因此是一种弹性散射。

（2）Rayleigh散射（瑞利散射）：指散射光波长等于入射光波长，而散射粒了远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。

（3）Raman散射（拉曼散射）：拉曼散射是激光与大气和水体中各种分子之间的一种非弹性相互作用过程，英最大特点是散射光的波长和入射光不同，产生了向长波或煎波方向的移动。

而且散射光波长移动的数值与散射分子的种类密切相关。

（4）共振荧光：原子、分子在吸收入射光后再发射的光称为荧光.当入射激光的波长与原子或分子内能级Z间的能量差相等时，激光与原子或分子的相互作用过程变为共振荧光。

（5）吸收：吸收是指当入射激光的波长被调整到与原了分了的基态与某个激发态之间的能量差相等时，该原子、分子对入射激光产生明显吸收的现象。

硬冃标的冋波机制：激光与由宏观实体构成的硕冃标作用机制反射、吸收和透射。

当一束激光射向硬目标物体时，一部分激光能量从物体表面反射、一•部分激光能量被物体吸收、而剩下的激光能量则将穿透该物体。

硕冃标对激光能量的反射机制最为重耍。

硬目标冋波机制包括：镜面反射、漫反射，方向反射1•机载激光雷达系统组成：机载LiDAR系统由测量激光发射点到被测点间距离的激光扫描仪、测量扫描装置主光轴的空I'可姿态参数的高精度惯性导航系统（IMU）、用丁•确定扫描投影中心的空间位置的动态差分全球导航定位系统（DGPS）、确保所冇部分Z间的时间同步的同步控制装置、搭载平台等部分纽成。